共射极放大器（Common Emitter Amplifier）是电子电路中最基础的晶体管放大器类型之一，其核心功能是对输入信号进行电压、电流和功率放大，同时具备反向相位特性。以下从关键参数、性能特点、影响因素、典型应用等方面展开分析：

一、核心参数及公式

1. 电压增益（Av）

• 定义：输出电压变化量与输入电压变化量之比。

• 公式：

Av=−re+(1+β)REβRC（含发射极电阻）

Av=−reβRC（无发射极电阻）

• 符号：负号表示输出与输入相位相反（180°相位差）。

• 关键因素：

• 晶体管电流放大系数（β）：β越大，增益越高。

• 集电极电阻（RC）：RC越大，增益越高。

• 发射极电阻（RE）：负反馈作用，RE越大，增益越低但稳定性提高。

• 小信号内阻（re）：re=IE26mV（IE为发射极静态电流），IE越大，re越小，增益越高。

2. 输入电阻（Rin）

• 定义：从输入端看进去的等效电阻。

• 公式：

Rin=RB∥rπ（RB为基极偏置电阻，rπ为晶体管输入电阻）

rπ=(β+1)re≈βre

• 特性：

• 输入电阻通常较低（几百欧姆至几千欧姆），限制前级电路负载能力。

• 可通过增加基极偏置电阻或使用射极跟随器提高输入阻抗。

3. 输出电阻（Rout）

• 定义：从输出端看进去的等效电阻。

• 公式：

Rout≈RC（忽略晶体管输出电阻）

• 特性：

• 输出电阻较高（通常几千欧姆），限制后级电路的驱动能力。

• 可通过增加发射极电阻或使用射极跟随器降低输出阻抗。

4. 带宽（BW）

• 定义：放大器能正常放大的频率范围。

• 关键因素：

• 耦合电容、旁路电容：影响低频截止频率（fL）。

• 晶体管特征频率（fT）：高频截止频率（fH）受fT限制。

• 寄生电容：如集电极-基极电容（Ccb）在高频时降低增益。

• 公式：

fL=2π(RB+rπ)Cin1（Cin为输入耦合电容）

f_H approx frac{f_T}{eta} quad ext{（高频增益下降至中频增益的70.7%时）}

5. 静态工作点（Q点）

• 定义：无输入信号时晶体管的基极电流（IB）、集电极电流（IC）和集电极-发射极电压（VCE）。

• 作用：

• 确保晶体管工作在放大区（VCE>VCE(sat)，IC线性变化）。

• 避免截止（IC≈0）或饱和（VCE≈VCE(sat)）失真。

• 调整方法：

• 通过基极偏置电阻（RB）和集电极电阻（RC）分压设置Q点。

• 温度补偿：使用二极管或热敏电阻稳定Q点。

二、性能特点

1. 反向相位放大：输出与输入相位相反（180°）。

2. 电压增益较高：通常可达几十至几百倍，适合小信号放大。

3. 电流增益高：利用晶体管β实现电流放大。

4. 功率增益高：电压增益与电流增益的乘积。

5. 非线性失真：

• 截止失真：Q点过低导致信号顶部被削平。

• 饱和失真：Q点过高导致信号底部被削平。

• 交越失真（无发射极电阻时）：小信号下晶体管部分截止。

三、影响因素及优化方法

四、典型应用

1. 音频放大器前置级：放大麦克风或拾音器输出的微弱信号。

2. 传感器信号调理：放大温度、压力等传感器输出的低电平信号。

3. 射频放大器：高频信号放大（需优化带宽和稳定性）。

4. 振荡器电路：作为正反馈放大器的一部分，产生特定频率信号。

五、设计注意事项

1. Q点稳定性：

• 使用分压式偏置电路，确保温度变化时IC稳定。

• 避免直接耦合，减少温度对Q点的影响。

2. 增益与带宽平衡：

• 高增益时需牺牲带宽，可通过多级放大实现。

• 高频应用时需选择fT高的晶体管。

3. 失真控制：

• 发射极电阻（RE）提供负反馈，降低非线性失真。

• 确保输入信号幅度在晶体管线性区范围内。

4. 输入输出匹配：

• 输入阻抗需与前级电路输出阻抗匹配。

• 输出阻抗需与后级电路输入阻抗匹配（或通过缓冲级隔离）。

六、示例电路分析

电路参数：

• 晶体管：β=100，VBE=0.7V

• 电源电压：VCC=12V

• 偏置电阻：RB=100kΩ，RC=3kΩ，RE=1kΩ

• 负载电阻：RL=5kΩ

计算步骤：

1. Q点计算：

• 基极电流：IB=RB+(β+1)REVCC−VBE≈40μA

• 集电极电流：IC=βIB≈4mA

• 集电极-发射极电压：VCE=VCC−IC(RC+RE)≈5V

2. 电压增益：

• re=IE26mV≈6.5Ω（IE≈IC）

• Av=−re+(1+β)REβRC≈−29

3. 输入电阻：

• rπ=βre≈650Ω

• Rin=RB∥rπ≈630Ω

4. 输出电阻：

• Rout≈RC∥RL≈1.875kΩ

通过以上分析可知，共射极放大器具有高增益、反向相位、中低输入阻抗和高输出阻抗的特性，适用于小信号放大场景。设计时需重点关注Q点稳定性、增益与带宽平衡、失真控制以及输入输出匹配。